摘 要：本文详细描述了IMS中计费的总体架构和离线计费、在线计费两种模式；针对R8版本下策略与计费控制的架构，分析了该架构涉及的各个网络单元。在上述分析的基础上，探讨计费向网络迁移的必要性以及可能性,并提出了一种实现计费向网络侧迁移的模式和方法。
关键词：IMS 计费 在线计费 策略与计费控制
1．IMS概述
自3GPP R5版本中提出IMS架构以来，IMS架构经过了R5、R6、R7、R8版本的发展。IMS网络的主要特点是接入无关性、承载与控制的分离、对于现有网络的强大融合能力。IMS实体分为六种主要类型：会话管理和路由类（CSCF、GGSN、SGSN）、数据库（HSS、SLF）、网间配合元素（BGCF、MGCF、IM-MGW、SGW）、服务（应用服务器AS、MRF-C、MRF-P）、策略支撑实体（PCRF）和计费。计费系统是IMS网络很重要的组成部分，在本文中我们主要详细的介绍了IMS中有关计费的基本知识，R8版本中的策略与计费控制架构，探讨IMS中计费向网络侧迁移的可能性，并且提出相关的计费策略模型和实现方法。
2．IMS中的计费
2.1 IMS计费架构
计费系统是IP多媒体子系统的六大实体之一。图1显示了IMS架构中计费系统总体框图，包含在线计费系统和离线计费系统。
图1 IMS计费总体框图
IMS中参与离线计费的网元主要有：AS、CDF、CGF。IMS中提供计费触发的计费点主要有BGCF、MGFC、MRFC、SIP AS、P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF、SGSN、GGSN等功能实体。计费数据功能CDF从各网络实体取出计费信息并形成CDR，然后通过Ga参考点传到CGF。计费网关功能CGF处理CDF传过来的CDR并汇总形成CDR文件，一个CGF可以处理从若干个CDF过来的CDR。
图2 OCS结构
R7版本中OCS系统如图2所示，与前面版本相比其结构发生很大的变化。R7中把R5中的ECF改为EBCF，SCF改为SBCF，并把他们融合到一个功能实体OCF中，删除了承载计费功能，增加了ABMF。ABMF的主要功能是提供在线计费系统的用户收支平衡，并为用户冲值。R8版本中OCS结构与R7版本的基本一致。在线计费情况下，IMS中产生在线计费数据的功能单元有AS、MRFC、SGSN 、S-CSCF、GGSN。AS和MRFC、SGSN通过Ro接口将计费数据传送给OCS系统，S-CSCF通过IMS-GWF将计费数据发送给OCS系统，GGSN通过CAMEL的方式将数据传送给OCS系统。OCS系统和OFCS系统都通过Bx接口将话单发送给计费系统处理。
IMS计费系统中涉及到的主要接口有：Rf、Ro、Bx参考点。其中Rf参考点采用Diameter协议，用于收集来自IMS各个网元产生的离线计费数据；Ro参考点也采用Diameter协议，用于收集来自IMS网元中产生的在线计费数据；Bx接口采用FTP协议，用于将CDR数据传送给计费系统。
2.2 IMS中的计费关联和核减
从上面的IMS计费框图可以看出，无论是离线计费还是在线计费都有众多的网元产生计费信息。可能一项业务会在多个网元产生计费信息。面对众多的计费信息产生点，计费关联和核减是必须的。IMS计费标识符（IMS Charging Identifier，ICID）可以作为计费的标识符，在各个计费信息产生点产生的计费数据中加入ICID，用于做计费关联和核减。ICID在同一会话或事务的IMS网元之间共享。ICID参数存储在SIP消息的P-Charging-Vector头部中，用于在网络上传输。
3．IMS中的策略与计费控制架构
3GPP在R7中提出了融合SBLP和FBC技术的PCC架构。R8的PCC架构继承了R7，但是增加了一个BBERF模块，用于完成上行承载绑定等功能。PCC架构下包含了策略控制与计费控制，计费控制的引入，使基于业务、基于流、基于QoS等的新的计费模式实现成为可能；在网络侧增加了计费控制的功能，使计费向网络侧迁移成为可能。R8的PCC架构如图3所示：
图3 3GPP R8版本的PCC架构
- AF是IMS核心网的入口，通过Rx参考点和PCRF交互，主要完成把IMS会话信息传递给PCRF，指示PCRF对承载层的门控，交互计费信息等功能。
- PCRF的主要功能是：完成从AF过来的IMS会话信息向IP QoS参数的映射；生成授权QoS参数，生成PCC Rule并提供给PCEF，PCEF进行策略实施；完成IMS业务数据流SDF和承载层的绑定；实现基于流的接入和计费的策略决策等。
- PCEF通常位于接入网关，它的主要功能是：业务流发现，实现业务流和承载层的绑定；策略实施；实现基于流的计费等。
- BBERF主要完成承载绑定、上行承载绑定确认、给PCRF的事件报告。
- SPR既可以与现有的数据库如HSS联合也可以单独提供。它的主要功能是：提供基于定购的策略信息，包括用户等级，用户QoS信息和计费有关的信息等。它和PCRF交互，用的是Sp参考点。
- OCS完成在线计费，通过Gy参考点和PCEF交互，Gy参考点采用Diameter Credit Control协议。OFCS完成离线计费，通过Gz参考点和PCEF交互，Gz参考点采用Diameter Base协议。
4． PCC架构下计费向网络侧迁移
4.1 PCC架构下对于计费控制的需求
在R8版本中由PCRF提供的PCC rule信息可以用于计费控制。PCC rule用于鉴别业务数据流和提供计费控制的特殊参数。同时R8版本的PCC 架构支持基于容量、基于时间等不同的计费模式，支持用户处于漫游或者本地情况下采用不同的费率和计费模式，用户处于本地采用的费率和计费模式的粒度不同于漫游情况。
R8版本对于计费系统的需求主要体现在对在线计费系统的详细定义和支持上。采用在线计费时，R8版本PCC架构支持执行业务数据流的业务使用限制。OCS设置和发送门限（基于时间和/或者基于容量）给PCEF，用于监控剩余的信誉值数量。一旦PCEF检测到任意一个基于时间或者基于容量的信誉降低到低于门限，PCEF将发送信誉值再授权请求给OCS。在使用了一定量的时间和/或者流量的业务数据流后，应用于业务数据流的计费费率或者计费模式可能改变。
4.2 PCC架构下计费向网络侧迁移的必要性
从R8版本中PCC架构对于计费控制方面的需求看，计费向网络侧迁移是有必要的。我们从离线计费与在线计费两个方面来讨论这个问题。
IMS网络中有大量的网元产生计费信息，与PCRF有接口相连接的网元主要是AS、P-CSCF、PCEF，其他的网元与PCRF并没有直接的接口相连。在产生离线计费信息时，因为涉及到大量的计费关联和计费，目前是在PCRF产生ICID用于在计费系统做计费关联和核减工作。PCRF实际上参与了计费控制的部分工作。PCRF可以更进一步地参与到离线计费控制中来，由PCRF指示SIP-AS、P-CSCF、PCEF这些网元是否产生离线计费信息以及产生什么样的离线计费信息。计费系统收到在网络侧已经实施了计费关联和核减的离线计费信息时，计费系统就不用再做关联和核减。在线计费与离线计费一样有计费关联和核减的问题。涉及到在线计费的情况下，PCRF可以通过对PCEF的实时控制来下发生成的计费策略信息，完成网络侧层面的计费控制。
计费向网络侧迁移的必要性主要体现在下面几个方面：
- 基于内容的计费需要计费向网络侧迁移。AS、P-CSCF提供给PCRF的业务内容、编码格式等信息的获取有利于PCRF参与到计费控制中来，完成基于内容以及基于AS提供业务采用的不同编码格式等来进行计费。
- 基于QoS的计费需要计费向网络侧迁移。在PCEF或者BBERF的承载控制层面完成的承载控制其QoS等级是可以由PCRF提供的，或者由PCEF预置的QoS信息。
- 异构网络下的融合计费也需要计费向网络侧迁移，未来基于PCC架构的移动通信网与基于RACS架构的固定通信网之间进行融合计费时，计费向网络侧迁移这种模式使这两种不同通信网之间完成计费控制成为可能。可以在PCC与RACS之间（网络侧）完成计费控制的协商等计费功能。
总之，这些原因使在PCC架构下，计费向网络侧迁移成为一种必然。
4.3 PCC架构下计费向网络侧迁移面临的困难
在本文中我们探讨了计费向网络迁移的必要性和可行性，同时我们也认识到了计费向网络侧迁移所面临的困难。主要面临两个大的困难：
第一，计费向网络侧迁移对于运营商网络上的设备有较大的影响。目前运营商网络设备能够支持的计费种类和计费方式虽然多种多样，但是本质上还是在网络侧设置计费的相关信息，网络侧被动地做计费控制，生成相关业务的计费信息，将计费信息发送给计费系统来处理。我们提出的计费向网络侧迁移，对于现网上的网络设备在计费控制方面要求很高，能不能对这些设备进行改造，以适应计费向网络侧迁移也是一个值得继续深入研究和探讨的难点。
第二，目前的PCC架构对支持计费向网络侧迁移也存在困难。3GPP R8版本的PCC架构只支持部分设备的计费控制。有一些网络单元，如MRFC、MGCF等并没有直接的接口与PCRF相连接，那么要对这些网络单元做计费控制显然是有困难的。
因为计费向网络侧迁移还存在一些困难，所以我们可以深入研究，或者改造现有的网络或者在下一个版本的3GPP规范中对这个问题做进一步的完善。随着研究的深入应该是可以找到很多方法的，下面我们提出一些计费向网络侧迁移的模式。
4.4 PCC架构下计费向网络侧迁移的模式
我们在研究了PCRF的功能和与其它网络单元之间的功能接口之后，提出一种基于PCC架构的计费控制策略模式。其核心思想是由PCRF提供有关计费的策略，由这些策略来指导各个计费网元来产生或者不产生计费信息以及应该如何完成计费控制、生成计费控制策略。与计费控制相关的策略信息大概可以分四部分：
- 第一部分运营商预置策略。可以按照运营商的要求提供符合业务开通和使用情况的计费策略以及与以前业务套餐相匹配的计费策略。这部分主要用于由运营商在业务开通或者提供业务之前预先设置。当某个用户在使用一项业务时，没有找到对应的计费控制策略时，可以默认使用运营商预置的计费控制策略。运营商预置的计费策略优先级要低于通过PCRF动态提供给PCEF的计费策略。
- 第二部分通过SPR与PCRF交互获得的计费策略，签约用户选定了套餐和计费种类的情况下，自动在PCRF生成相关签约用户的计费策略。该部分策略的生成主要是要通过用户设置需要的业务类型、QoS需求信息、用户签约的等级信息等来组合得出。
- 第三部分与每个业务数据流相关的计费策略。在PCRF生成相关的业务数据流模板的同时，也生成对于该业务数据流计费的相关策略。
- 第四部分应用级的计费策略。应用级的计费标识可以和业务数据流或者IP-CAN承载类型关联，由PCRF发送给AF。AF可以结合提供的具体业务信息以及IP-CAN承载信息，以及应用级的计费标识符来执行相关的计费控制。
在这种模式下，对于计费关联和计费核减工作有非常大的便利，比如我们可以通过PCRF生成出来的PCC rule指定哪个网元对于该签约用户有产生计费信息的必要，而其他不需要产生计费信息的网元不用产生计费信息，也就是说我们在通过PCRF发生承载控制信息、QoS信息的同时，也发生计费控制信息，告诉相关计费网元应该怎么样计费，哪些计费网元需要计费，哪些计费网元不需要计费。
4.5 基于PCC架构在网络侧实施计费控制的一种实现方案
我们设计了一种模型用于在网络侧实施计费控制。 该方案的主要设计思想如下：
第一，在AF/P-CSCF侧可以由运营商预置提供的业务种类信息，这个信息可以由PCRF通过Rx接口获得，用于基于业务的计费和在PCRF中生成对于不同业务的PCC Rules，该PCC Rule信息包括QCI、UL/DL-MBR、UL/DL-GBR等，该部分用于提供按不同业务来计费的信息；同时由PCRF提供给PCEF的IP-CAN承载和应用级的计费标识符信息也可以通过Rx提供给AF，由AF完成有关基于业务或者基于承载类型的计费。
第二，可以通过PCRF与SPR的交互获得用户的签约信息，同时与PCEF进行交互进行计费控制。
第三，将QCI信息映射成UMTS QoS信息，同时用于基于不同的QoS来计费。这部分也包括提供的不同宽带基于用户的签约等级类型，也可以基于这些混合条件完成计费控制。
第四，由PCRF来生成基于每个业务数据流的计费信息，完成对于每个业务数据流的计费。
5．总结
总的来说，IMS概念的提出，对于传统的计费模式和计费方式都提出了新的要求。传统的基于时长、基于流量等计费模式在IMS计费中也应该保留，同时IMS网络由于自身的特点，也需要一些新的计费模式和计费方法。在本文中我们对于IMS中PCC架构下由PCRF来对于计费进行控制、通过PCRF来实施计费向网络侧迁移和有关基于业务和基于QoS计费的理论和可行性进行了探讨。随着IMS网络研究的深入，有关IMS计费方面的新方法新模式也会更多的呈现。
